Пара коническая: зубчатая передача на службе в трансмиссии
В большинстве заднеприводных и полноприводных транспортных средствах присутствуют редукторы, поворачивающие и изменяющие крутящий момент. Основу таких редукторов составляют конические пары — все об этих механизмах, их типах, конструкции и работе, а также об их верном выборе и замене читайте в статье.
Что такое коническая пара?
Пара коническая — вид зубчатой передачи трансмиссий транспортных средств и иной техники, образуемый двумя коническими шестернями, оси которых расположены под углом (обычно прямым) друг к другу.
В трансмиссиях транспортных средств, тракторов и машин, а также в различном оборудовании часто возникает потребность изменить направление потока крутящего момента. Например, в заднеприводных автомобилях крутящий момент, передающийся карданным валом, перпендикулярен оси моста, и для привода колес этот поток необходимо развернуть на 90 градусов. В колесных тракторах МТЗ с передним ведущим мостом направление потока крутящего момента необходимо развернуть на 90 градусов уже трижды, так как оси колес располагаются ниже оси балки поста. А во многих агрегатах, машинах и оборудовании поток крутящего момента необходимо поворачивать на различные углы несколько раз. Во всех этих случаях используется специальная зубчатая передача на основе двух конических шестерен — коническая пара.
На коническую пару возлагается две основных функции:
- Поворот потока крутящего момента на тот или иной угол (чаще всего на 90 градусов);
- Изменение величины крутящего момента.
Первая задача решается конструкцией шестерен конической пары, оси которых располагаются под углом друг к другу. А вторая задача решается использованием шестерен с различным количеством зубьев, в результате чего образуется зубчатая передача с тем или иным передаточным числом.
Конические пары играют ключевую роль в работе многих механизмов трансмиссии и других систем, при износе либо поломке одной или обеих шестерен вся пара подлежит замене. Но прежде, чем покупать новую коническую пару, необходимо разобраться в конструкции этого механизма, его существующих типах, характеристиках и особенностях работы.
Типы и конструкция конических пар
Любая коническая пара состоит из двух зубчатых колес, имеющих коническую форму начальных поверхностей, и пересекающиеся оси валов. То есть, шестерни пары имеют коническую форму, а расположены они под прямым или иным углом друг к другу.
Коническая пара с круговым зубом
Гипоидная коническая пара с криволинейным зубом
Конические пары отличаются формой зубьев и расположением зубчатых колес друг относительно друга.
Следует заметить, что зубчатые колеса конической пары в зависимости от назначения имеют свое название:
- Ведущее — просто зубчатое колесо;
- Ведомое — шестерня.
По форме зубьев конические пары бывают:
- С прямыми зубьями;
- С криволинейными зубьями;
- С круговыми зубьями;
- С тангенциальными (косыми) зубьями.
Наиболее просты по конструкции шестерни с прямыми зубьями — они нарезаются параллельно оси колеса. Круговые зубья более сложны, они нарезаются по окружности того или иного диаметра. Тангенциальные (или косые) зубья похожи на прямые, однако они отклонены от оси шестерни. Наиболее сложны криволинейные зубья, фора которых задается различными формулами (функциями). Такое разнообразие в форме зубьев конических передач объясняется различиями в нагрузочных способностях зубчатых передач и их шумности. Наименьшие нагрузки выдерживают шестерни с прямыми зубьями, они же и наиболее шумные. Шестерни с косыми зубьями менее шумные и более плавно работают. А наибольшие нагрузки выдерживают шестерни с криволинейными и круговыми зубьями, они же и наименее шумные.
По взаимному расположению зубчатых колес пары делятся на две больших группы:
- Обычные, с совпадающими вершинами начальных поверхностей шестерен (то есть, если представить шестерни в виде конусов, то их вершины будут сходиться в одной точке);
- Гипоидные, со смещенными вершинами начальных поверхностей шестерен.
В первом случае оси шестерен располагаются в одной плоскости, во втором — в одной из плоскостей оси смещены. Гипоидные зубчатые передачи могут составляться только из конических шестерен с косыми или криволинейными зубьями, они отличаются высокой нагрузочной способностью и работают практически бесшумно.
Зубчатые колеса конических передач могут выполняться заодно с валом или отдельно от него. Обычно вал имеют зубчатые колеса малого диаметра, большие шестерни редукторов ведущих мостов имеют большое внутреннее отверстие для монтажа на корпус дифференциала. Изготавливаются шестерни из специальных марок стали по различным технологиям — точением и фрезеровкой, накаткой, штамповкой с последующей накаткой и т.д. Зубья дополнительно могут подвергаться закалке, цементации или иной обработке. Конические пары для своей работы требуют постоянной смазки, причем в гипоидных передачах используются специальные марки консистентных смазок.
Характеристики и стандартизация конических передач
Из основных характеристик конических передач следует выделить:
- Передаточное число — рассчитывается из отношения количества зубьев шестерни и колеса (обычно лежит в пределах от 1,0 до 6,3, хотя может отличаться в большую сторону);
- Средний нормальный и внешний окружной модули;
- Геометрические размеры зубчатых колес.
Также существуют и другие параметры конических передач, однако в процессе эксплуатации или для ремонта редукторов или иных механизмов они практически не используются.
Коническая пара — одна из основ редуктора ведущего моста
Следует отметить, что в России характеристики и конструктивные особенности конических передач стандартизированы, шестерни и сами механизмы изготавливаются в соответствии с ГОСТ 19325-73 (общий для всех зубчатых передач на основе конических шестерен), 19624-74 (прямозубые передачи), 19326-73 (передачи с круговыми зубьями), ГОСТ 1758-81 и другими.
Применяемость конических пар в транспортных средствах
Конические зубчатые пары наиболее часто используются в редукторах трансмиссий транспортных средств различного назначения:
- В качестве главной передачи в редукторах ведущих мостов заднеприводных и полноприводных автомобилей. Обычно такая передача выполнена в виде пары из шестерен разного размера, одна из которых (ведомая) устанавливается непосредственно на корпус дифференциала. Ведущая шестерня одинарной передачи изготавливается вместе с валом, шестерня двойной передачи — с валом и еще одной шестерней (конической или цилиндрической);
- В качестве верхних и нижних редукторов ведущих передних мостов колесных тракторов. В верхних редукторах обе шестерни могут иметь одинаковое число зубьев и размеры, они выполняются заодно со своими валами. В нижних редукторах ведомая шестерня выполняется большого диаметра и имеет специальную конструкцию для соединения с колесом;
- В различных агрегатах трансмиссии и иных систем. Конические пары могут иметь различную конструкцию, но в целом они соответствуют тому, что сказано выше.
Таким образом, на автомобиле может присутствовать от одной (на ТС с одним ведущим мостом) до трех (в полноприводных трехосных ТС) и более (в многоосных ТС с полным приводом) конических пар, а в тракторах с передним ведущим мостом присутствует четыре конические пары, еще как минимум один такой механизм может использоваться в трансмиссии трактора для поворота крутящего момента на вал отбора мощности.
Как верно подобрать и заменить коническую пару
В процессе эксплуатации транспортного средства коническая пара подвергается значительным нагрузкам — именно через нее на ведущий мост подается весь крутящий момент от двигателя, также она подвергается вибрациям, толчкам и ударам вследствие взаимодействия с другими деталями. В результате со временем зубья шестерен в местах контакта изнашиваются, в них могут появляться сколы и наклепы, а в отдельных случаях зубья полностью выкрашиваются. Все это проявляется ухудшением работы механизма и повышенной шумностью. При подозрении на неисправность механизм необходимо разобрать и проверить, в случае поломки шестерен — произвести замену конической пары. Менять только одно из зубчатых колес не имеет смысла, так как в этом случае механизм в ближайшее время снова станет источником проблем.
На замену следует брать коническую пару, которая по конструкции, размерам и характеристикам соответствует ранее установленному механизму. При необходимости можно подобрать механизм с иным передаточным числом, которое позволит улучшить характеристики транспортного средства. Однако такую замену следует делать с осторожностью и только при полной уверенности, что она возможна и оправдана — об этом может сообщать сам производитель или специалисты.
Замена конической передачи должна выполняться в соответствии с инструкцией по ремонту автомобиля или трактора. Обычно эта работа требует значительного вмешательства в ведущий мост и в редуктор — для замены шестерен приходится практически полностью разбирать мост и его отдельные механизмы. В ряде случаев придется заменить подшипники и уплотнительные элементы — их следует приобрести заранее. При установке зубчатых колес и сборке редуктора необходимо использовать рекомендуемые производителем смазочные материалы. А после выполнения ремонта необходима непродолжительная обкатка редуктора.
При верном подборе и замене конической пары отремонтированный механизм трансмиссии будет надежно работать, выполняя свои функции на всех режимах.
